Einführung in die Systemprogrammierung

Transkript

1 Einführung in die Systemprogrammierung Virtuelle Methodentabellen Prof. Dr. Christoph Reichenbach Fachbereich 12 / Institut für Informatik 9. Juli 2015

2 Struktur der Objektorientierung Ein wenig Java: public class Tier { int alter; Tier() { this.alter = 0; int getalter() { return this.alter; void tuetwas() { // Definition der Klasse Tier // Feld (wie in struct) // Konstruktor (erzeugt Objekt) // Methode (ähnlich Funktion)

3 Objektorientierung versus C Grundelemente typischer objektorientierter Sprachen Klasse: Ähnlich struct: Beinhaltet Felder Beinhaltet außerdem Konstruktoren und Methoden Kann Felder und Methoden erben Konstruktor: Ähnlich wie malloc() plus Initialisierung Schreibt Zeiger auf Typdeskriptor in Speicherobjekt Erzeugt Objekt/Instanz der Klasse Methode: Ähnlich Funktion Hat zusätzlichen, meist impliziten Parameter (Java: this, Python: self) this zeigt immer auf Instanz der umgebenden Klasse oder einer Subklasse

4 Klassen und Vererbung public class Tier { int alter; Tier() { this.alter = 0; int getalter() { return this.alter; void tuetwas() { public class Katze extends Tier { void tuetwas() { System.out.println("Miau"); static void machwas(tier t) { // Was passiert hier? t.tuetwas(); machwas(new Katze()); machwas(new Kuh()); public class Kuh extends Tier { void tuetwas() { System.out.println("<wiederkau>"); Wie kann machwas wissen, welche Methode es aufruft?

5 Implementierung von Tier Java public class Tier { int alter; Tier() { this.alter = 0; int getalter() { return this.alter; void tuetwas() { Äquivalentes C typedef struct { typdeskriptor td; int alter; Tier; typdeskriptor TD_TIER =...; Tier *new Tier() { Tier *t = malloc(sizeof(tier)); t->td = TD_TIER; t->alter = 0; return t; int Tier getalter(tier *this) { return this->alter; void Tier tuetwas(tier *this) {

6 Implementierung von Katze Java public class Katze extends Tier { // int alter; (geerbt) Äquivalentes C typedef Tier Katze; // gleiche Struktur typdeskriptor TD_KATZE =...; Katze() { void tuetwas() { System.out.println( "Miau"); Katze *new Katze() { Tier *t = malloc(sizeof(katze)); t->td = TD_KATZE; t->alter = 0; return t; void Katze tuetwas(katze *this) { printf("miau\n");

7 Methodentabelle Java Tier (C) Katze (C) Kuh (C) Typ Tier Katze Kuh Konstruktor new Tier new Katze new Kuh getalter Tier getalter Tier getalter Tier getalter tuetwas Tier tuetwas Katze tuetwas Kuh tuetwas tuetwas hat eine eigene Implementierung für jede Klasse getalter ist vererbt: Jede Klasse benutzt die gleiche Implementierung

8 Lösung mit Fallunterscheidung Java class Tier... class Katze... class Kuh... static void machwas(tier t) { t.tuetwas(); Äquivalent in C void machwas(tier *t) { if (t->td == TD_KATZE) Katze tuetwas((katze *) t); else if (t->td == TD_KUH) Kuh tuetwas((kuh *) t); else Tier tuetwas(t); Im Prinzip korrekt, aber: Bei vielen Subklassen große Mengen Code Sicht auf ganzes Programm nötig Jede neue Subklasse erzwingt globale Neuübersetzung Diese Lösung wird normalerweise nicht verwendet

9 Alternative Lösung: Kreative Nutzung des Typdeskriptors Wir haben bisher nicht diskutiert, wie der Typdeskriptor aussieht Eine Möglichkeit: Struktur mit expliziter Methodentabelle 0 Typbeschreibung etc. 1 getalter 2 tuetwas Eintrag 0 speichert Typinformationen (zur Laufzeit-Typprüfung, Konvertierung, Reflektion etc.) (hat meist andere Struktur als folgende Einträge) Einträge 1 und folgende speichern Funktionszeiger

10 Virtuelle Methodentabelle Tier k0 = new Kuh(); Tier k1 = new Katze(); Tier k2 = new Katze(); td alter: 0 td alter: 0 td alter: 0 0 Kuh 1 Tier getalter 2 Kuh tuetwas 0 Katze 1 Tier getalter 2 Katze tuetwas Wichtige Rolle des Typdeskriptors in OO-Sprachen ist Methodentabelle

11 Virtuelle Methodentabellen in C Wir verschieben den Typdeskriptor in virtuelle Methodentabelle : typedef struct { Tier_vtbl *vtbl; int alter; Tier; typedef Tier Katze; Katze *new Katze() { Katze *katze = malloc( sizeof(katze)); katze->vtbl = &vtbl_katze; katze->alter = 0; return katze; void machwas(tier *t) { t->vtbl->tuetwas(t); typedef struct { typdeskriptor td; int (*getalter)(tier *); void (*tuetwas)(tier *); Tier_vtbl; const Tier_vtbl vtbl_tier = {.td = TD_TIER,.getAlter = Tier getalter,.tuetwas = Tier tuetwas ; const Katze_vtbl vtbl_katze = {.td = TD_KATZE,.getAlter = Tier getalter,.tuetwas = Katze tuetwas ;

12 Subtypen und Methodentabellen vtbl alter: 0 fell: 42 0 Katze 1 Katze getalter Tier getalter 2 Katze tuetwas 3 Katze jagemaus Virtuelle Methodentabellen und Trennung von Objekt und Typdeskriptor erlauben Subtypen: Methoden zu überschreiben Neue Methoden einfach hinzuzufügen (einfache Vererbung) Neue Felder hinzuzufügen

13 Zusammenfassung: Subklassen und dynamische Bindung Subklassen können Methoden ihrer Elternklassen überschreiben Methoden werden in virtueller Methodentabelle gespeichert Jede Klasse hat eigene virtuelle Methodentabelle Jedes Objekt hat Zeiger auf Methodentabelle seiner Klasse Subklassen dürfen: Methoden ändern: Anderer Eintrag in Methodentabelle Methoden hinzufügen: Neuer Eintrag am Ende der Methodentabelle Felder hinzufügen: Neuer Eintrag am Ende der Typstruktur